Etude du comportement thermique d'un chauffe-eau solaire à faible débit

par Lana Kenjo

Thèse de doctorat en Énergie solaire

Sous la direction de Lucien Elegant.

Soutenue en 2003

à Nice .

mots clés

• Chauffe-eau solaires

Résumé

Using a low flow rate in the primary circuit of solar water heater, i. E. From 7 to 15 kg/hr. Per solar collector m2, is a promising way for improving thermal performances of solar water heaters. The increasing performances were mainly the result of the use of the potential inherent in the thermal stratification within the storage tank. This allows to reduce the auxiliary supply energy and to improve the collector efficiency thanks to a lower temperature of the fluid inflow. To achieve this, the technology likely to give the best results uses a mantle storage tank with injection of the fluid into the mantle at several levels. A model of mantle storage tank has been developed during this study. It is based on a finite-difference discretization of the field studied combined with a zonal modelling of the water within the tank. Some tests conducted on a real storage tank allowed to validate this model. Afterwards, a low-flow solar water heater was modelled under the TRNSYS environment. The latter is made up of a storage tank developed within the framework of this work combined with standard types of TRNSYS in order to model the complete system. This model has been strengthened by means of tests carried out on a real system. Finally, parametric studies were conducted with a view to examining the thermal behaviour of the system and to optimizing its design and management.

Titre traduit

˜The œstudy of a thermal behavior for a low-flow solar water heating system

Résumé

Le chauffe-eau solaire à faible débit dans le circuit primaire à savoir de 7 à 15 kg/h. Par m2 de capteur est une voie prometteuse pour améliorer les performances thermiques des chauffe-eau solaires. L'augmentation des performances est essentiellement due à l'optimisation de l'utilisation du potentiel inhérent à la stratification thermique au sein du ballon de stockage. Cela permet de diminuer l'énergie de l'appoint et d'améliorer l'efficacité du capteur grâce à une température d'entrée du fluide primaire plus faible. Pour ce faire, la technologie qui parait fournir les meilleurs résultats utilise un ballon de stockage de type double enveloppe avec injection du fluide primaire à plusieurs niveaux de l'enveloppe. Durant cette étude, un modèle de ballon de stockage à double enveloppe a été développé. Il repose sur une discrétisation aux différences finies du domaine étudié associée à une modélisation zonale de l'eau dans le ballon. Des essais réalisés sur un ballon de stockage réel ont permis de valider le modèle. Par la suite, un chauffe-eau solaire à faible débit a été modélisé dans l'environnement TRNSYS. Celui-ci est constitué du ballon de stockage développé dans ce travail associé à des types standards de TRNSYS afin de pouvoir modéliser le système complet. Ce modèle a été calé à l'aide d'expérimentations réalisées avec un système réel. Enfin, des études paramétriques ont été réalisées afin d'étudier le comportement thermique du système et d'en optimiser la conception et la gestion.